第三章步进电机微机控制系统11.ppt

第三章 步进电机微机控制系统 华南农业大学 王卫星 weixing@scau.edu.cn 3.1 步进电机工作原理与结构 A、B、C三相通电一周，转子旋转90°，即一个齿距角。 一相绕组通电，称为一拍；转子旋转的角度为一个步距角；磁场旋转一周（360°），需A、B、C三相绕组轮流通电一个周期，即需三拍，称单三拍。 定子绕组电流波形： 单三拍 双三拍： 六拍（单－双拍）： 几个概念： 工作频率：步进电机输入脉冲的频率fw 步进周期：每转动一步所需的时间Tw 进齿周期：转子转动一个齿距所需时间 齿距角： ZR转子齿数 步距角： k=1,2;m相数;N拍数 步进电机的转速： , rpm 三种工作方式比较： 步进电机需满足： 1.形成错齿：定子绕组磁极的分角度不能被齿距角整除。 120 °/90 °＝4/3 2.实现对齿：定子绕组磁极的分角度被齿距角除后所得的余数，应是步距角的倍数，且倍数值和相数不能有共因子。 120 °/90 °余30 ° ，是30 °或15 °的1倍或2倍，和相数3没有共因子。 定子相数越多，精度越高，但电源复杂。一般做到六相。 定子每个磁极上做出若干小齿。 3.2 步进电机的特性 二、动稳定区 从一种通电状态转换到另一种通电状态，不会引起失步的区域。 - π +θbc θ + π+ θ bc 单三拍， θbc＝2 π/3 六拍， θbc＝ π/3 拍数越多，动稳定区越接近静稳定区，运行时越不易失步。 三、动态矩频特性 步进电机连续运行时，用于克服负载转矩和加减速惯量而不失步运行的最大转矩（失步转矩）与频率的关系，M（f）。 工作方式对矩频特性的影响： 四、起动惯频特性 起动频率：步进电机由静止突然起动，能够不失步完成起动并进入正常运行所能达到的最高频率。 起动频率与转子转动惯量J及负载转矩Tc的关系称为起动惯频特性。 五、单步运行与振荡 单步运行指转动一步或工作频率很低的情况。 在摩擦力矩和各种阻尼的作用下，振荡逐渐衰减，最后稳定在平衡位置。 3.3 步进电机的驱动电路 二、高低压（双电压）驱动电路 工作过程： 三、斩波型功率放大电路 2.斩波平滑功放电路 一、基本原理 单三拍运行方式： 每拍运动增量为步距 一、基本原理 细分控制： 通过控制绕组中电流的数值，调整步进电机的步距大小，使步距角细分成若干步的步进电机控制方法就叫做细分控制。 二、可变细分控制功率放大电路 利用D/A转换器，输出可变的电压信号，经放大，比较放大，线性功率放大控制绕组电流的变化。 单片机输出数字量0~255, 当输出255时对应电流为额定值， 细分步数必须整除255。如3、5、15、17、51、85。 细分为3步，对应的数字量为55H、AAH 、FFH 细分为15步，对应的数字量为11H、22H 、33H、44H、55H 、…FFH …. 注意： 控制三相步进电机时，需要三组同样的D/A转换器。 功率放大管工作在线性区，效率低。 三、数字脉宽调制细分控制电路 说明： 功放管工作在开关状态，基极加一系列的脉宽调制波，绕组得到细分控制所需的电流。 当脉宽调制波Vb的脉宽较大时，产生阶梯边沿 当脉宽调制波Vb的脉宽较小时，产生稳定平均电流Ia 单片机控制脉宽值，则控制电流变化。 -求Ts 利用数字脉宽调制进行细分控制： 产生上升阶梯波时，先输出脉宽为TU的脉冲，然后产生脉宽为TH、脉底为TL的序列脉冲。 产生下降阶梯波时，先输出宽度为TD的脉底，然后产生脉宽为TH、脉底为TL的序列脉冲。 3.5步进电机的单片机控制 3.5 步进电机与微型机的接口电路 一、单三拍控制 1 0 0 二、双三拍控制 1 1 0 四相步进电机 对于四相步进电机来说：1、单四拍时序字节, 使用RL或RR指令2、双四拍时序字节, 使用RL或RR指令 与三相步进电机相比，四相步进电机的驱动时序有什么不同？ 三相步进电机的驱动时序必须加上Cy位，而四相电机不用Cy位。 三相用RLC指令，而四相用RL指令? 一、利用软件延时，控制步进电机转N步 说明： 前进步数：30H控制字（时序字节）：31H步进周期（ms）:32H正反转标志：F0, 0表示正转，1表示反